基于拓扑优化技术的500mm主镜结构设计

基于拓扑优化软件Optistruct对500 mm口径后背钻孔式碳化硅主镜进行了结构优化设计。对比了优化设计主镜结构与传统三角形轻量孔主镜在重力场,温度梯度场下其镜面变形情况。校核结果表明基于拓扑优化设计的主镜结构相比于传统的三角形轻量化孔均布式结构具有更好的光学性能以及更轻的质量。最后对比不同的温度梯度场下的镜面变形情况,结合技术要求提出了主镜的温控目标。     

聚四氟乙烯复合材料力学性能研究与有限元分析

在万能材料试验机上对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料进行不同温度及不同拉伸速率下的单轴拉伸性能测试,获得温度范围为253~333 K、拉伸速率范围为10~200 mm/min条件下的一系列拉伸应力–应变曲线,发现PTFE复合材料的拉伸性能对温度变化敏感,对拉伸速率变化不敏感。为了能定量描述PTFE复合材料的力学特性,同时也为有限元数值模拟提供材料模型,根据拉伸试验结果,建立了PTFE复合材料单轴拉伸本构模型,该本构模型以数学公式的形式较好地表达了PTFE复合材料应力–应变曲线随拉伸速率及温度的变化关系。最后,对PTFE复合材料板材进行了单向压缩实验,并利用ABAQUS软件,使用所建立的本构模型,对PTFE复合材料板材进行单向压缩的有限元分析,通过仿真结果与实际试验结果对比,验证了建立的本构模型的正确性,表明该本构模型具有一定的通用性。     

UOE焊管埋弧焊的三维数值模拟

UOE焊管以热轧厚钢板做坯料,经过铣边、预弯边、U成型、O成型、焊接、机械扩径等工序而成。焊接过程产生的焊接应力、变形影响焊管的使用性能和寿命。基于改进的双椭球热源模型,利用"生死单元"技术,模拟UOE焊管三丝埋弧焊的内外焊接过程,获得了焊接过程中和冷却后的温度场分布;分析内焊和外焊对钢管变形的影响,得出内焊和外焊后钢管的梨形凸度、椭圆度的变化情况,仿真结果与实测数据吻合良好;分析不同焊接热输入对焊接后管型质量的影响规律,模拟结果可为UOE内外焊接工艺的制定,以及焊接后焊管几何形貌的预测提供依据。     

钪锆元素对3102铝合金圆管微观组织稳定性的影响

采用多尺度微观组织表征方法研究钪锆微合金化对3102铝合金铸造、时效、热挤压和预变形及退火过程中的微观组织演化以及对挤出圆管力学性能的影响。结果表明:钪锆微合金化促使合金在铸造时发生非均质形核,显著细化合金的铸造组织;含钪锆合金在时效后,组织中析出高密度的纳米级Al₃(Sc_xZr_1-x)相;析出相不仅抑制了合金在热挤压过程中的再结晶行为,而且在随后的预变形及退火过程中起到抑制再结晶、钉扎晶界和保留纤维组织的作用。添加0.24%Sc和0.23%Zr(质量分数)元素使得挤出圆管屈服强度由26 MPa提升至89 MPa,抗拉强度由70 MPa提升至122 MPa。不含钪锆的3102合金圆管在8%预变形、600℃退火后,组织中出现晶粒异常长大;添加钪锆元素后,组织中的异常长大行为被抑制。钪锆元素增强3102铝合金的再结晶抑阻,提升合金在预变形及退火过程中的组织稳定性。     

AZ31B镁合金板材温热成形极限实验研究

镁合金在常温下的塑性成形能力差,在加热条件下成形能力会有明显提高。文章研究了AZ31B板材在温热条件下的成形性能。通过完成刚模胀形实验获得了AZ31B在温度150℃、200℃、250℃的FLD。AZ31B镁合金板材FLD随着温度的升高而升高,表明AZ31B随着温度的升高塑性成形能力增强。在实验基础上进一步获得了成形极限图的计算模型,该模型对实际生产有一定的指导作用。     

亚毫米孔径微通道铝合金管挤压成形的数值模拟

基于DEFORM-3D有限元分析平台,采用网格分步重划分的方法,实现了对微通道管成形非稳态过程的三维数值模拟,获得了成形过程模具中的金属应力和流速分布,以及模具受力情况。利用数值模拟结果,结合压力-时间判据,对焊合质量进行评估,并利用热模拟试验机模拟了挤压成形中相应温度和接触压力下的焊合过程。该文研究可对实际生产微通道管时工艺参数优化和挤压模具设计等问题提供参考。     

ERW焊管排辊成形显式动力有限元仿真线性成形段分析

作为高频感应焊接钢管的一种先进高效的成形方式,排辊成形已经被广泛地应用于钢管生产中。文章研究了排辊成形中线成形阶段的金属板材的成形过程,利用显式弹塑性有限元对排辊成形进行过程模拟,从而得到排辊预成形模拟结果。在钢带通过排辊时可预测线成形等效塑性应力和成形几何形状。线成形结果的关键特征都可得到计算,并和实际测量进行比较,取得了很好的吻合。     

基于位错演化模型纳米晶块体材料晶粒的演变

利用试验及数值仿真方法研究了工业纯铝在等径角挤压变形过程中晶粒的尺寸变化。数值仿真过程引入位错演化模型,对纯铝等径角挤压过程中晶粒尺寸的演化进行了模拟。研究结果表明,基于位错演化模型,经4道次剪切变形仿真后纯铝出现纳米级晶粒。数值仿真结果与试验对比显示,两者结果一致,说明利用数值仿真可以预测等径角挤压块体材料晶粒尺寸的演变过程。     

汽车B柱零件热冲压软区模具模面优化设计

B柱软区模具处于高温工况条件下,由于热膨胀作用模具模面会产生较大热变形,因此,需要进行模面优化补偿。建立了B柱软区模具传热有限元仿真模型,基于Isight软件并应用MMFD优化算法,以模面温度为优化目标,调整了3组加热棒功率,使模具模面温度达到生产标准。应用加热棒功率参数,建立了模具热应力有限元模型,模拟发现模具模面产生较大热膨胀变形。以B柱零件的膨胀量为基准,设计模具模面优化流程,经过两次模面补偿,模具模面达到精度要求。按照设计的模具模面制作模具并进行实验,结果表明,模具传热仿真结果准确,生产的零件达到精度要求。